农业生态系统的概念课件

1、第二章农业生态系统的基本概念教学目的 通过本章的学习，要了解的掌握系统的定义和基本性质；掌握生态系统的概念、基本组分、基本结构、基本功能；了解生态系统与农业生态系统的区别和联系，了解农业生态系统的调节与控制的途径。 教学重点系统的定义和基本性质，生态系统的概念、基本组分、基本结构、基本功能，生态系统的基本类型、特点，生态系统各组分的功能作用 。 教学难点生态系统的结构、特点 教学方法课堂教学，以系统功 生态系统 农业生态系统三个层次为主线而展开。教学内容 扬州大学精品课程 农业生态学第二章 农业生态系统的基本概念1 系统的概念2 生态系统的概念3 农业生态系统的概念与特点扬州大学精品课程 农业

2、生态学 1 系统的概念一、系统的概念LVBertelanffy（奥）：系统即若干个相互作用的部分联系起来的有机整体。系统是一个相对的概念，只要它是若干个相互作用的部分联系起来的有机整体，都可视为一个系统。二、系统的性质：（一）系统是由两个以上的要素（又称组分）所组成，各组成成分既相互独立分工，又有相互联系。组成成分：相互依存，相互制约，互为因果关系。（二）系统都具有边界，即有一个确定的范围。扬州大学精品课程 农业生态学 1 系统的概念（三）系统是个整体由于各组成成分之间相互作用的结果，使系统整体表现出新的功能，它不等于各组成成分功能的简单相加。（四）系统是有一定结构的。系统中各组分按严格的等级

3、、层次进行组合，是有序的而不是杂乱无章的；各组分间物质、能量交换和信息传递按一定路径进行，而不是随意的。（五）系统必须有一个为主的目的。系统是一个功能单元，整体功能的发挥要求具有整体中心作用（马世骏），建立大系统的观点，对于全面地、客观地处理客观事物具有重要意义。扬州大学精品课程 农业生态学1 系统的概念三、系统的条件1.有两个以上的组分2.组分之间相互联系3.以整体的方式执行一定的功能四、研究系统的方法1.黑箱法：从分析输入输出着手研究，如中医2.白箱法：从分析内部结构和相互关系着手研究3.灰箱法：扬州大学精品课程 农业生态学五、系统的调控机制（一）什么控制？（二）系统的调控机制反馈调控1.

4、反馈的定义2.反馈的类型：（1）正反馈（2）负反馈扬州大学精品课程 农业生态学2 生态系统的概念一、生态系统的定义 AGTansley（英）生态系统的定义：只有在我们从根本上认识到有机体不能与它们的环境分开，而是与它们的环境形成一个自然生态系统，它们才会引起我们的重视。生态系统：指由生境（habitat）和占据该生境并联结在一起的生命有机体所构成的动态整体。生命有机体和它的无生命环境彼此不可分割地联系起来，并不断相互作用着，进行着物质的交换、能量的转化和信息的传递，成为占据一定空间，具有一定结构，执行一定功能的自然实体（Self-Containted entity）。其核心是生物群落。生态系统

5、具有自我维持、修补和重建的能力，因而使生态系统在一定范围得以自我维持。系统内各过程在生物与环境相互作用下，总是趋向于相对平衡。扬州大学精品课程 农业生态学2 生态系统的概念二、生态系统的组成生态系统可分为两大部分：有生命(biotic)和无生命(abiotic)；环境组分(environment)和生物组分(organisms)。(一)无生命成分即无机环境，它是生态系统中物质和能量的来源，包括生命活动空间的大基质，即光、水、CO2、O2和各种矿物盐类等。将生态系统的非生物组分划分如下成分：1.参加物质循环的无机物质，如C、N、CO2、O2、H2O、P、K、S、Fe等，存在于大气、水体、土体等。

6、2.联结生物和非生物部分的有机化合物，如蛋白质、脂肪、糖类和腐殖质等。3.气候状况，如太阳辐射能、温度、风等物理因素。扬州大学精品课程 农业生态学(二)生命成分包括所有的植物、动物、微生物。按营养关系来划分，可分为自养成分（autotrophic component）和异养成分（heterotrophic component）。1.生产者（producers;primary producers）：是自养生物。包括绿色植物和一些化能合成细菌(绿色和紫色细菌、蓝藻)。2.大型消费者（macroconsumers）：又称消费者（Consumers），是异养生物，既主要吃食其它生物或有机物质颗粒的动物

7、。可分为草食动物(一级消费者)、肉食动物(二级消费者)、腐生动物、寄生动物和杂食动物（猪、鲤）。3.小型消费者(microconsumers)： 又称分解者(decomposers) 、腐养者(Saprotrophs)或渗养者(Osmotrophs)，属异养生物。主要是细菌、放线菌和真菌，也包括一些原生动物（如眼虫、草履虫等）及腐食性动物（如蚯蚓、蟹、白蚁等）。2 生态系统的概念扬州大学精品课程 农业生态学初级生产(primary production):生产者利用环境中的物质，把环境中的能量第一次以生物化学能方式固定到生态系统中。次级生产(secondary production): 消费者

8、利用初级生产提供的养分和能量通过代谢作用形成生物量。扬州大学精品课程 农业生态学三、生态系统结构（一）物种结构（二）时空结构（三）营养结构（四）层次结构扬州大学精品课程 农业生态学物种结构：是指生态系统是由哪些生物组成的，以及它们之间量比关系。时空结构：生态系统中各生物种群在空间上的配置和在时间上的分布。营养结构：即食物链（网）结构。层次结构：即等级层次。扬州大学精品课程 农业生态学时空结构水平结构：水平上的镶嵌性配置垂直结构：垂直上的成层性配置时间结构：时间上的演替性配置扬州大学精品课程 农业生态学生态系统的层次结构扬州大学精品课程 农业生态学2 生态系统的概念四、生态系统与一般系统的区别1

9、在组成方面，它是由有生命的有机体和无生命的物质结合而成的，不仅植物，还包括与植物共同栖居的动物，微生物以及环境中作用于生物的物理、化学成分。2在空间结构方面：通常与特定的空间相联系，因而反映出一定的地区特性以及与此相联系的空间结构。3在时间变化方面，生物具有发育、繁殖（复制），生长与衰亡等特征。因而生态系统具有从简单到复杂、从低级到高级的演变规律，可分为幼年期、成长期、成熟期等阶段。4从内部功能方面，生态系统的代谢作用是通过复杂的能量、物质转化过程完成的。5具有复杂的动态平衡特征，不仅存在着种内、种间以及生物与环境之间的功能协调。6在外部关系方面，是一个开放的系统，不断从外界输入物质与能量，通

10、过变换而输出，维持着系统的有序状态。扬州大学精品课程 农业生态学2 生态系统的概念五、生态系统中三大生物功能类群在自然界有机物质生产与分解中的作用 在生态系统中各类生物的共同作用下，实现着重要物质的不断生产与分解。有机物质的生产与分解关系着大气中氧气含量的高低，有机物质的生产过程也就是释放氧气的过程，氧气是生物生存的条件。1.自然界中有机物质的生产过程绿色植物（包括藻类种高等植物）：自然界有机物质的主要生产者，也是地球上生命活动所需氧气的主要供给者。光合细菌和化能合成细菌：也可以生产有机物质。低等藻类：需要简单无机物质，合成有机物质完全自养。扬州大学精品课程 农业生态学2 生态系统的概念2自然

11、界中有机物质的分解过程在分解动、植物有机体方面起决定作用的是异养生物。异养生物分解有机物质的过程可分为两大类：即有氧呼吸（高等动物、多数原核生物）和嫌氧呼吸（一小部分腐食者生物）。分解有机物质的三个过程：（1）非生物和生物作用形成有机质颗粒腐屑（2）腐食者作用形成腐殖酸和产生可溶性有机物（3）腐殖质的缓慢矿化扬州大学精品课程 农业生态学六、生态系统类型的划分和自然生态系统的生态效应 生态系统的划分，无自然分类的原则。包括人在内生物圈是地球上最大的生态系统。扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学（一） 生物圈（biosphere）： 地球上全部生物及其生活域的总和。从大气圈到水

12、圈，其厚度约定20Km。多数生物活动的地方，其厚度约100m。扬州大学精品课程 农业生态学 扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学人类对生物圈的模拟研究生物圈号计划的实施扬州大学精品课程 农业生态学1991年9月27日，来自美、英、德和比利时等国的4男4女进入“生物圈2号”，进行两年的全封闭研究。这8位志愿者在两年中与3800种动植物生活在一起，除依靠外界3.7光瓦发电厂供电外，其余一切都按“生态系统”的“循环”准则，实行完全的自给自足。两年中，除伯恩特被脱粒机划伤手指暂离治病外，无一人离开过

13、这座玻璃城堡一步。生物圈计划的构想，与大型航天器的密闭生态型生命保险系统有不谋而合之处。所以美国政府对“生物圈2号”极为关注，并进行了严格的督察。专家普遍认为，在太空中，生物圈肯定要比冷冰冰的全金属轨道站要舒适得多，而且最大的优越性是不需要或极少需要物资补给。但是，由于设计、资金和技术方面的原因，“生物圈2”号计划已经失败并中止了试验。扬州大学精品课程 农业生态学生物圈2号扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学事实表明：“生物圈2号”的设想是不现实的（1）环境的变化：“生物圈2号”运行一年多后

14、，由于土壤中的碳与氧气反应生成二氧化碳，部分二氧化碳又与建“生物圈2号”用的混凝土中的钙反应，生成碳酸钙，导致其中氧气含量从21降到14；二氧化碳含量猛增。 “生物圈之号”运行3年后，其中的一氧化氮含量剧增到了79，足以使人体合成维生素B12的能力减弱，危害大脑健康。 “生物圈2号”下层的温度又大大低干预计的数字。 （2）生物的变化：除了藤本植物比较繁荣外，所有靠花粉传播繁殖的植物都灭绝了，大树也摇摇欲坠；昆虫除了白蚁、蟑螂和蝈蝈外，几乎都死了。（）生态系统的变化：人造海洋中生物生存情况略好于陆地；人造沙漠由于没有控制好降雨，变成了草地。1996年，哥伦比亚大学接管了“生物圈2号”。扬州大学精

15、品课程 农业生态学（二）、海洋生态系统：海洋面积3.6亿Km2，占地球表面的71%，平均深度3750米，是世界上最大的、层次最厚的生态系统。在生物学方面最丰富于多样性，海水中含盐量平均3%，具有很高的蒸发率，起着调节大气温、湿度的重要作用。其生产者主要是浮游植物和藻类，消费者是各种鱼类。扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学 包括河流、溪流、水渠等流动水体和湖泊、沼泽、池塘、水库等静水水体，其生物类群因水的流速和水层的光亮而不同。急流中：生产者是藻类，消费者是特殊器官的昆虫缓流中：生产者多为高等植物，消费者是穴居昆虫幼虫表水层：生产者是各种藻类。（

16、三）淡水生态系统：扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学（四）草原生态系统： 世界草原面积约30亿公顷，占陆地面积的24%，分布在干旱和半干旱地区，雨量少（240450mm），并集中在夏季。初级生产者主要是草本植物，消费者是除草食家外，主要是穴居的啮齿类和食草动物、野牛、羚羊、野兔等。扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学 陆地上最大的生态系统，占有面积约45亿公顷，生物现存量最大，每公顷可达100400吨。据估计，每年全球森林生态系统固定的能量占

17、地球陆地上固定的能量的68%左右，有1000万种物种是宝贵的基因库。 森林生态系统具有复杂的形 态和营养结构，不仅生产力 高，且具有强大的生态系统功能，对农业生态系统起着巨大的作用：如调节水分，增加雨量；涵养水源，保持水土；防风固沙，保护农田；净化空气，防治污染；以及减低噪音，美化大地等。（五）森林生态系统扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学西双牌纳扬州大学精品课程 农业生态学（六）沙漠生态系统扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课

18、程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学（七）湿地生态系统湿地一词最早出现于1956年美国鱼和野生动物管理局39号通告,通告将湿地定义为“被间歇的或永久的浅水层覆盖的土地。”1979年,美国为了对湿地和深水生态环境进行分类,该局对湿地内涵进行了重新界定,认为“湿地是陆地生态系统和水生生态系统之间过渡的土地,该土地水位经常存在或接近地表,或者为浅水所覆盖”。1971年在拉姆萨尔通过了关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约(简称湿地公约),该公约将湿地定义为:“不问其为天然或人工、常久或暂时之沼泽地、湿原、泥

19、炭地或水域地带,带有静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者,包括低潮时水深不超过6m的水域。我国对沼泽、滩涂等湿地研究具有丰富的积累,在实践中形成了具有中国特色的湿地分类系统,通常认为“湿地系指海洋和内陆常年有浅层积水或土壤过湿的地段。”尽管湿地的概念目前尚无统一,但它们有一共同特点:从不同的角度认为湿地是一种特殊的生态系统,该系统不同于陆地生态系统,也有别于水生生态系统,它是介于两者之间的过渡生态系统。 扬州大学精品课程 农业生态学湿地生态系统的特征(1)系统的生物多样性。(2)系统的生态脆弱性。(3)生产力高效性。(4)效益的综合性。(5)生态系统的易变性。扬州大学精品课程 农业生态学湿

20、地生态系统的功能湿地在生态环境与经济社会发展中的地位和作用 湿地是重要的水源地湿地是生态环境的优化器湿地是重要的物种资源库湿地是重要的物产和能源基地扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学 川西地区的沼泽扬州大学精品课程 农业生态学 盐城湿地保护区扬州大学精品课程 农业生态学黄河三角洲湿地保护区扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学卧龙自然保护区扬州大学精品课程 农业生态学（八）城市生态系统城市生态系统(Urban ecosystem ）是城市居民与其周围环境组成的一种特殊的人工生态系统，是人们创造的自然-经济-社会复合系统。严格地

21、讲，城市只是人口集中居住的地方，是当地自然环境的一部分，它本身并不是一个完整的、自我稳定的生态系统。但按照现代生态学的观点，城市也具有自然生态系统的某些特征，尽管在生命系统组分的比例和作用发生了很大变化，但系统内仍有植物和动物，生态系统的功能基本上得以正常进行，也还与周围的自然生态系统发生着各种联系。另一方面，应该看到城市生态系统确实已发生了本质变化，具有不同于自然生态系统的突出特点。扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学（九）农业生态系统扬州大学精品课程 农业生态学3 农业生态系统一、农业生

22、态系统的概念1.定义农业生态系统：是人们利用农业生物与非生物环境之间相互作用，以及生物种群之间的相互作用，通过建立合理的生态系统结构和高效的生态机能进行物质循环和能量转化，并按人类理想进行物质生产的综合体系。2.性质（1）以农业生物为主（2）受人类调控（3）以农业生产为目的扬州大学精品课程 农业生态学3 农业生态系统二、农业生态系统的组分（一）环境1.自然环境（1）太阳辐射（2）大气圈（3）水圈（4）土壤岩石圈2.人工环境（1）人工影响环境：水库、防护林、水源林（2）人工建造环境： A.无土栽培环境 B.大棚温室环境 C.集约化养殖环境扬州大学精品课程 农业生态学3 农业生态系统（二）生物组分

23、1.目的生物：农、林、牧、副、渔2.伴生生物：病、虫、杂草3.人类：作为消费者和调节者扬州大学精品课程 农业生态学三、农业生态系统结构农业生态系统的结构： 指农业生态系统的组分在时间、空间上的配置及组分间能流、物流顺序关系。包括三个方面，即：组分结构、时空结构和营养结构 组分结构 ：即农业生物的种类和量比关系，也包括环境组分。 用农业生产的术语来说：组分结构就是农、林、牧、副、渔各业之间的比例关系，以及各业内部的物种组成和量比关系。时空结构：系统中各生物种群在空间上的配置和时间上的 分布，包括水平结构、垂直结构和时间结构。（一） 概 念农业生态系统的结构：营养结构 ：是系统中生物通过营养关系联

24、结起来的方式。 即生产者、消费者和分解者三大功能类群以食物营养关系联结起来组成的食物链、食物网。它是系统的物质循环、能量流动、信息传递的主要路径。农业生态系统的结构决定功能。人类可通过调控和管理农业生态系统的结构，合理利用生物种间关系及资源环境条件，以提高系统的生产力。（二） 农业生态系统结构的合理性标志合理的农业生态系统结构应符合以下原则：1、生物与环境资源相适应，能充分发挥当地的资源优势， 并保持资源的永续利用。2、能维持生态平衡。具体体现在：保持输入输出平衡；农、林、牧、副、渔各业比例合理，保持系统平衡；系统生物组成比例合理，配置得当，使得物质能量转化渠道畅通。（二） 农业生态系统系统结

25、构的合理性标志合理的农业生态系统结构应符合以下原则：3、有助于系统的稳定性的加强和生态环境的改善。 多样性与稳定是密切联系的。4、能保证最终获得最高的系统产量和优质多样的产品，以满足人类的需求。 总之，合理的农业生态系统结构应最终获得较高的经济效益、较好的生态效益和良好的社会效益。（三） 农业生态系统的水平结构农业生态系统水平结构： 指在一定的生态区域内，各种生物种群所占的面积比例、镶嵌形式、聚集方式等水平分布特征。就大农业而言：农业的区划就种植业而言：就是通常所说的作物布局。 （三） 农业生态系统的水平结构1、农业景观2、影响系统水平结构的因素 1. 农业景观（1）农业景观： 多种类型的在景

26、观上有差异的农业生态系统的集合。具有明显的边界。 其中单一的景观类型（或生态系统）称景观单元。 农业景观可大可小，可包括单一的生态系统，也可由多种生态系统构成。（2）景观的多样性 遗传多样性 生物多样性 物种多样性 生态系统多样性（景观多样性）1. 农业景观景观的多样性意义： 多样的生态系统共存，可保证物种的多样性和遗传多 样性，并与当地的环境条件相适应，使景观的总体生产力达到最高，并保证景观功能的正常发挥，并使景观的稳定性达到一定的水平。（3）边缘效应和生态交错带 不同景观单元的交错区域。 2. 影响农业生态系统水平结构的因素(1 )自然环境条件 农业作物尤其只植物的生长发育与环境条件密切相

27、关，环境因子在很大程度上决定农业生物的水平分布。例如：北方种植：小麦、玉米、棉花、甘薯等 南方种植：水稻、甘蔗等。 果树南方与北方： 动物如骆驼、牦牛等。(2)社会经济条件 人口密度 城乡经济梯度 (四) 农业生态系统垂直结构农业生态系统的垂直结构（立体结构）： 指农业生物之间在空间垂直方向上的配置组合。 一、农业生态系统的立体结构类型二、基塘生态系统三、胶茶间作四、立体农业高效的生态学基础生物种间互补 1. 农业生态系统立体结构类型农业生态系统的立体结构有：（1）农田立体结构：农作物间作、稻田养鱼、稻萍鱼、农田种菇。例如 稻田养鱼：鱼类取食杂草、浮游生物、水稻害虫稻虱、叶蝉 等，将其储藏能量

28、转化为鱼产品； 鱼在稻田中搅动，能疏松土壤，增加稻田的氧气，有利于有机物的分解，促进水稻根系的呼吸和发育；鱼类的排泄物可肥田。 稻田养鱼使得稻、鱼相辅相成 、相得益彰。水稻增产一至四成，产鱼100公斤/亩左右。 扬州大学精品课程 农业生态学农业生态系统立体结构类型（2）水体立体养殖：鱼的分层放养、鱼牧结构、基塘系统等。（3）养殖业立体结构：立体分层养殖、林鱼鸭立体结构。例如：湖北省新洲县在低洼积水地区种植耐水湿、生长快的池 松，8401650株/公顷，每年410月浇水，水深0.8 1.0米，水中养鱼，水面养鸭，用树叶、饲料喂鸭、鸭 粪喂鱼，鱼粪肥树，构成了由树、鱼、鸭组成的立体养 殖系统，获得

29、良好的效益。（4）农林立体结构：桐粮间作、胶茶间作、枣粮间作、林药间作等。 扬州大学精品课程 农业生态学林鱼鸭立体结构扬州大学精品课程 农业生态学（五）其它复合结构1.基塘生态系统存在地区：珠江三角洲、江浙一带和其它水网地带。 环境特点：水热资源丰富，土壤肥沃，但地势低，地下水位 高，加之高温多雨，土壤有机质分解很快。结 构：（如图示）类 型：桑基鱼塘、蔗基鱼塘、果基鱼塘、菜基鱼塘、花 基鱼塘及杂基鱼塘。应用状况：二十世纪80年代，广东省实行基塘生态系统的面积占耕地面积的 32% ，目前稍有减少，且传统的桑基鱼塘、蔗基鱼塘由于劳动力成本高、利润不高，已由利润工、收入大的果基鱼塘、菜基鱼塘和花基

30、鱼塘代替。扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学 扬州大学精品课程 农业生态学扬州大学精品课程 农业生态学2. 胶茶间作存在地区：广东、云南地区。 单作缺点：橡胶单作不能充分利用光热资源，对风害、低温等自然灾害抵御能力差。优 点： 为茶树创造适宜生长的良好环境，有利于提高茶叶品质；增强抵御自然灾害的能力，使橡胶高产、早产；具有良好的生态效益；土壤流失量降低，土地肥力提高；提高了土地利用率（50%70%）和光合利用率。效 益：如表所示胶茶间作群落扬州大学精品课程 农业生态学胶茶群落与单胶林胶乳产量的比较 单位：公斤/公顷 胶茶群落中茶树与纯茶园茶叶产量的比较 单位：公斤/公顷 (六) 立体农业高效的生态学基础生物种间互补运用生物间互补原理上，将形态、生态和生理上不相同的生物种群组成合理的复合群体，实现